如何選擇電源檢測環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備
一、 設(shè)備選擇依據(jù)
存在于地球表面及大氣層空間中的自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素的種類,目前還無法統(tǒng)計(jì)出一個(gè)確切的數(shù)目,其中對工程產(chǎn)品(設(shè)備)的使用及壽命影響較大的因素不下十幾種。從事工程產(chǎn)品環(huán)境條件研究的工程師們將自然界存在以及人類活動(dòng)所誘發(fā)的環(huán)境條件整理歸納為一系列的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,用以指導(dǎo)工程產(chǎn)品的環(huán)境及可靠性試驗(yàn)。如指導(dǎo)軍工產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)GJB150DD中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》,指導(dǎo)電工電子產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的GB2423DD中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法指南》等。因此,我們選擇環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備時(shí)主要的依據(jù)是工程產(chǎn)品的試驗(yàn)規(guī)范和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
其次,為了規(guī)范試驗(yàn)設(shè)備中環(huán)境試驗(yàn)條件的容差,保證環(huán)境參數(shù)的控制精度,國家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)及各工業(yè)部門還制訂了一系列的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備及檢測儀器儀表的檢定規(guī)程。如中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5170《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法》,又如國家技術(shù)監(jiān)督局頒布實(shí)施的JJG190-89《電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)試行檢定規(guī)程》等。這些檢定規(guī)程也是選擇環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備的重要依據(jù),不符合這些檢定規(guī)程要求的試驗(yàn)設(shè)備是不允許投入使用的。
二、 設(shè)備選擇基本原則
環(huán)境及可靠性試驗(yàn)設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下五條基本原則:
1、環(huán)境條件的再現(xiàn)性
在試驗(yàn)室內(nèi)完整而精確地再現(xiàn)自然界存在的環(huán)境條件是可望而不可及的事情。但是,在一定的容差范圍之內(nèi),人們完全可以正確而近似地模擬工程產(chǎn)品在使用、貯存、運(yùn)輸?shù)冗^程中所經(jīng)受的外界環(huán)境條件。這段話用工程的語言概括,就是“試驗(yàn)設(shè)備所創(chuàng)造的圍繞被試產(chǎn)品周邊的環(huán)境條件(含平臺(tái)環(huán)境)應(yīng)該滿足產(chǎn)品試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境條件及其容差的要求”。如用于軍工產(chǎn)品試驗(yàn)的溫度箱不僅要滿足國軍標(biāo)GJB150.3-86、GJB150.4-86中根據(jù)不同的均勻性和溫度控制精度的要求。只有這樣,才能保證在環(huán)境試驗(yàn)中環(huán)境條件的再現(xiàn)性。
2、環(huán)境條件的可重復(fù)性
一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備可能用于同一類型產(chǎn)品的多次試驗(yàn),而一臺(tái)被試的工程產(chǎn)品也可能在不同的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備中進(jìn)行試驗(yàn),為了保證同一臺(tái)產(chǎn)品在同一試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件下所得試驗(yàn)結(jié)果的可比較性,必然要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件具有可重復(fù)性。這也就是說,環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備施用于被試驗(yàn)產(chǎn)品的應(yīng)力水平(如熱應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、電應(yīng)力等)對于同一試驗(yàn)規(guī)范的要求是一致的。環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供環(huán)境條件的可重復(fù)性是由國家計(jì)量檢定部門依據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)所制定的檢定規(guī)程檢定合格后提供保證。為此,必須要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備能滿足檢定規(guī)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及精度指標(biāo)的要求,并且在使用時(shí)間上不超過檢定周期所規(guī)定的時(shí)限。如使用非常普遍的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)除滿足激振力、頻率范圍、負(fù)載能力等技術(shù)指標(biāo)外,還必須滿足檢定規(guī)程中規(guī)定的橫向振動(dòng)比、臺(tái)面加速度均勻性、諧波失真度等精度指標(biāo)的要求,而且每次檢定后的使用周期為二年,超過二年必須重新檢定合格后才能投入使用。
3、環(huán)境條件參數(shù)的可測控性
任何一臺(tái)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備所提供的環(huán)境條件必須是可觀測的和可控制的,這不僅是為了使環(huán)境參數(shù)限制在一定的容差范圍之內(nèi),保證試驗(yàn)條件的再現(xiàn)性和重復(fù)性的要求,而且從產(chǎn)品試驗(yàn)的安全出發(fā)也是必須的,以便防止環(huán)境條件失控導(dǎo)致被試產(chǎn)品的損壞,帶來不必要的損失。目前各種試驗(yàn)規(guī)范中大體要求參數(shù)測試的精度不應(yīng)低于試驗(yàn)條件允許的誤差的三分之一。
4、環(huán)境試驗(yàn)條件的排它性
每一次進(jìn)行環(huán)境或可靠性試驗(yàn),對環(huán)境因素的類別、量值及容差都有嚴(yán)格的規(guī)定,并排除非試驗(yàn)所需的環(huán)境因素滲透其中,以便在試驗(yàn)中或試驗(yàn)結(jié)束后判斷和分析產(chǎn)品失效與故障模式時(shí),提供確切的依據(jù),故要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備除提供所規(guī)定的環(huán)境條件外,不允許對被試產(chǎn)品附加其它的環(huán)境應(yīng)力干擾。如電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)檢定規(guī)程中所限定的臺(tái)面漏磁,加速度信噪比、帶內(nèi)帶外加速度總均方根值比。隨機(jī)信號(hào)的檢驗(yàn)、諧波失真度等精度指標(biāo)都是為了保證環(huán)境試驗(yàn)條件的唯一性而制定的檢定項(xiàng)目。
5、試驗(yàn)設(shè)備的安全可靠性
環(huán)境試驗(yàn),特別是可靠性試驗(yàn),試驗(yàn)周期長,試驗(yàn)的對象有時(shí)是價(jià)值很高的軍工產(chǎn)品,試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)人員經(jīng)常要在現(xiàn)場周圍操作巡視或測試工作,因此要求環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備必須具有運(yùn)行安全、操作方便、使用可靠、工作壽命長等特點(diǎn),以確保試驗(yàn)本身的正常進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)備的各種保護(hù)、告警措施及安全連鎖裝置應(yīng)該完善可靠,以保證試驗(yàn)人員、被試產(chǎn)品和試驗(yàn)設(shè)備本身的安全可靠性。
三、 溫濕度箱的選擇
1、容積的選擇
將被試產(chǎn)品(元器件、組件、部件或整機(jī))置入氣候環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),為了保證被試產(chǎn)品周圍氣氛能滿足試驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件,氣候箱工作尺寸與被試產(chǎn)品外廓尺寸之間應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)規(guī)定:
a)被試產(chǎn)品的體積(W×D×H)不得超過試驗(yàn)箱有效工作空間的(20~35)%(推薦選用20%)。對于在試驗(yàn)中發(fā)熱的產(chǎn)品推薦選用不大于10%。
b) 被試產(chǎn)品的迎風(fēng)斷面積與該斷面上試驗(yàn)箱工作室總面積之比不大于(35~50)%(推薦選用35%)。
c) 被試產(chǎn)品外廓表面距試驗(yàn)箱壁的距離至少保持100~150mm,(推薦選用150mm)。
上述三點(diǎn)規(guī)定實(shí)際上是相互依存和統(tǒng)一的。以1立方米正方體箱子為例,面積比為1:(0.35~0.5)相當(dāng)于體積之比為1:(0.207~0.354)。距箱壁100~150mm相當(dāng)于體積之比為1:(0.343~0.512)。
總括上述三點(diǎn)規(guī)定,氣候環(huán)境試驗(yàn)箱的工作腔容積至少應(yīng)是被試產(chǎn)品外廓體積的3~5倍。作出這種規(guī)定的理由有以下幾點(diǎn):
?。?)被試驗(yàn)件置入箱體后擠占了流暢的通道,通道變窄將導(dǎo)致氣流流速的增加。加速氣流與被試驗(yàn)件之間的熱交換。這與環(huán)境條件的再現(xiàn)不符,因?yàn)樵谟嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對涉及溫度環(huán)境試驗(yàn)都規(guī)定試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)樣件周圍的空氣流速不應(yīng)超過1.7m/s,以防止試驗(yàn)樣件和周圍氣氛產(chǎn)生不符合實(shí)際的熱傳導(dǎo)。在空載時(shí)試驗(yàn)箱內(nèi)平均風(fēng)速為0.6~0.8m/s,不超過1m/s,滿足a)、b)兩點(diǎn)要求所規(guī)定的空間及面積比時(shí),流場的風(fēng)速可能增大(50~100)%,平均最高風(fēng)速為(1~1.7)m/s。滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。如果在試驗(yàn)中不加限制地加大試驗(yàn)件的體積或迎風(fēng)斷面積,則實(shí)際試驗(yàn)時(shí)氣流風(fēng)速將增大到超出試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最高風(fēng)速,其試驗(yàn)結(jié)果的有效性將受到懷疑。
?。?)氣候箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)〔如溫度、濕度、鹽霧沉降率等〕的精度指標(biāo)都是在空載狀態(tài)下檢測的結(jié)果,一旦置入被試驗(yàn)件后,對試驗(yàn)箱工作腔內(nèi)環(huán)境參數(shù)的均勻性將產(chǎn)生影響,試驗(yàn)件占有的空間越大,這種影響也就越嚴(yán)重。實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,流場中迎風(fēng)面與背風(fēng)面的溫差可達(dá)到3~8℃,嚴(yán)重時(shí)可大到10℃以上。因此,必須盡量滿足a〕、b〕兩項(xiàng)要求,以保證被試產(chǎn)品周圍環(huán)境參數(shù)的均勻性。
?。?)根據(jù)熱傳導(dǎo)的原理,箱壁附近氣流的溫度通常與流場中心溫度相差2~3℃,在高低溫的上下限時(shí),還可能達(dá)到5℃。箱壁的溫度與箱壁附近流場的溫度又相差2~3℃(視箱壁的結(jié)構(gòu)和材料而定)試驗(yàn)溫度與外界大氣環(huán)境相差越大,上述溫差也越大,因此,距箱壁(100~150mm)距離內(nèi)的空間是不可利用空間。
2、溫度范圍的選擇
目前,國外溫度試驗(yàn)箱的范圍大體上為-73~+177℃,或-70~+180℃。國內(nèi)多數(shù)廠家一般為-80~+130℃,-60~+130℃,-40~+130℃,也有高溫到150℃。這些溫度范圍通??梢詽M足國內(nèi)絕大多數(shù)軍用、民用產(chǎn)品溫度試驗(yàn)的需要,除非確有特殊需要,如安裝位置靠近發(fā)動(dòng)機(jī)等熱源的產(chǎn)品外,不可盲目提高溫度上限。因?yàn)樯舷逌囟仍礁?,箱體內(nèi)外的溫差越大,箱體內(nèi)部流場的均勻性也越差??衫玫墓ぷ魇殷w積也就越小。另一方面,上限溫度值越高,對箱壁夾層中保溫材料(如玻璃棉等)的耐熱性要求越高。箱體密封性的要求也越高,使箱體的制作成本增加。
3、濕度范圍的選擇
國內(nèi)外環(huán)境試驗(yàn)箱給出的濕度指標(biāo)大都是20~98%RH或30~98%RH,如果濕熱試驗(yàn)箱沒有除濕系統(tǒng),則濕度范圍為60~98%,這一類試驗(yàn)箱只能做高濕試驗(yàn),但它的價(jià)格低得多。值得注意的是在濕度指標(biāo)后面應(yīng)該注明相應(yīng)的溫度范圍,或給出最低露點(diǎn)溫度。因?yàn)橄鄬穸仁桥c溫度直接相關(guān)的,對于同樣的絕對含濕量,溫度越高,相對濕度就越小,如絕對含濕量為5g/Kg(指1公斤干空氣中含有5克的水蒸汽),當(dāng)溫度為29℃時(shí),相對濕度為20%RH,溫度為6℃時(shí),相對濕度為90%RH,當(dāng)溫度降至4℃以下,相對濕度超過100%,在箱體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。
實(shí)現(xiàn)高溫、高濕只需要往箱體空氣中噴水蒸汽或霧化的水珠,進(jìn)行加濕。低溫低濕則相對難于控制,因?yàn)榇藭r(shí)的絕對含濕量很低,有時(shí)比大氣中的絕對含濕量低很多,需要對箱體內(nèi)流動(dòng)的空氣除濕,使空氣變得干燥。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)的溫濕度箱都采用制冷除濕的原理,是在箱體的空氣預(yù)調(diào)室內(nèi)加一組制冷光管。當(dāng)濕空氣經(jīng)過冷管時(shí),其相對濕度會(huì)達(dá)到100%RH,因空氣飽和在光管上結(jié)露,使空氣變得更干燥。這種除濕方式理論上可達(dá)到零度以下的露點(diǎn)溫度,但是當(dāng)冷點(diǎn)表面溫度到達(dá)0℃時(shí),光管表面結(jié)露的水滴會(huì)結(jié)冰,從而影響光管表面的熱交換,使除濕能力下降。又因?yàn)橄潴w不可能絕對密封,大氣中的濕空氣會(huì)滲入到箱體內(nèi),使露點(diǎn)溫度回升。另一方面,在光管間流動(dòng)的濕空氣只是在和光管(冷點(diǎn))接觸的瞬間達(dá)到飽和狀態(tài)而析出水蒸汽,因此這種除濕方法很難使箱體內(nèi)的露點(diǎn)溫度在到0℃以下。實(shí)際所達(dá)到的最低露點(diǎn)溫度為5~7℃。露點(diǎn)溫度5℃相當(dāng)于絕對含濕量為0.0055g/Kg,對應(yīng)相對濕度20%RH的溫度為30℃。如果要求溫度20℃進(jìn)相對濕度達(dá)到20%RH,此時(shí)的露點(diǎn)溫度為-3℃,采用致冷方式除濕是很困難的,必須選用空氣干燥系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。
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